森林是陆地生态系统的主体，在全球碳平衡中发挥着重要作用。研究结果显示，森林碳库的稳定、增长或释放都与大气碳库的变化有重要的关系，森林碳储存是关乎陆地生态系统净碳汇饱和的关键，现已成为森林生态系统与全球变化研究的重点和热点科学问题之一。而森林火灾尤其是重特大森林火灾的频繁发生不仅使自然生态系统遭到破坏，同时也造成了含碳温室气体的大量释放，对全球环境影响巨大。早在20世纪70年代末期，国外的一些学者就开始估计火灾释放的温室气体(Wong，1979; Crutzen et al., 1979)。80年代以来，国际上对森林火灾释放温室气体的研究越来越多，特别是美国、加拿大和俄罗斯等国通过室内模拟试验和野外大气化学观测试验估算了森林火灾释放的温室气体(Goldammer et al., 1993; Levine et al., 1995; Dixon et al., 1993)。中国学者也对我国森林火灾释放的温室气体进行了研究，王效科等(1998)对森林火灾释放的含碳温室气体量的估计方法进行了总结，并且在对各省火灾统计资料和生物量估计的数据基础上, 用排放因子法和排放比法, 估算了中国森林火灾释放的温室气体量。田晓瑞等(2003)根据1991—2000年的森林火灾统计数据和生物量研究结果估算了中国森林火灾直接释放的碳量。当前，对森林火灾释放碳量的估算主要集中于大尺度研究，对其他小尺度森林火灾释放碳量的估算的研究不多。

黑龙江省森林覆盖率为39.54%，森林面积1 797.50万hm², 森林蓄积量137 502.31万m³。黑龙江省不仅是我国森林大省, 也是森林火灾的多发区域，是全国森林防火的重点省份之一。黑龙江省1980—1999年间共发生林火3 995次, 年均约200次，总过火面积为251.3万hm², 年均过火面积为12.6万hm²(金森等, 2002)，居全国之首。平均每年由于森林火灾而向大气释放的碳量占全国首位。其中，每年平均向大气中释放的CO₂、CO和CH₄中, 黑龙江省分别占44.1%、43.5%和44.0%(王效科等, 2001)。因此，研究黑龙江省主要森林类型由于森林火灾而直接排放的碳量，进一步量化森林火灾对大气碳平衡的贡献，正确评价我国高纬度地区森林生态系统的重要作用，为减少全球变化研究中碳平衡测算的不确定性提供科学依据。

1 研究资料和方法 1.1 研究资料

本研究所采用的基本资料是国家第5次森林资源清查资料(1994—1998年)和生物生产力研究资料。森林资源清查资料主要包括所研究森林类型在黑龙江省的面积和蓄积量。森林火灾数据来源于黑龙江省森林火灾统计资料。

1.2 研究方法 1.2.1 生物量的计算方法

森林资源清查资料提供了林分各优势树种各龄组的面积和蓄积，却没有给出各森林类型的生物量信息。因此，为了推算某一森林类型总的生物量需要建立蓄积量(X_v)与生物量(Y_b)之间的换算关系。本文采用的生物量计算方式为：

(1)

式中：X_v和Y_b分别表示林分蓄积(m³)和林分生物量(t)。a和b均为参数，在这里采用方精云等(1996)计算的我国森林生物量的基本参数。

1.2.2 森林燃烧损失生物量的估算方法

根据各森林类型的生物量，首先由火灾面积估算出碳的释放量，再根据其他含碳气体与CO₂的比率推算出火灾释放的各种含碳气体量。Seiler等(1980)提出一个森林燃烧损失生物量的估算公式：

(2)

式中：M是生态系统燃烧消耗的生物量(t)；A是过火面积(hm²)；B是平均生物量(t·hm^-2)；a是地上部分生物量占总生物量的比例; b是生物量燃烧效率。

2 结果与分析 2.1 森林燃烧损失生物量

从1980—1999年，时间跨度较大，20年来黑龙江省的森林面积及平均生物量都有所变化，在此，本文采用了1994—1998年森林资源清查资料中的黑龙江省各森林类型的总面积和木材的总蓄积量数据。利用生物量与蓄积量的关系, 就可以计算黑龙江省各类森林的总生物量和平均生物量。又已知地上生物量占总生物量的比例(方精云等, 1996)，由公式(1)推导出了平均地上生物量, 如表 1所示。

燃烧效率由Wong(1979)第一次提出，燃烧效率是估计森林火灾释放含碳气体量的关键因子, 由于燃烧效率与森林类型、火灾性质直接相关, 燃烧效率的实际调查资料即使在国外也很少见, 从而成为一个争议比较大的参数。因此，本文所用的黑龙江省森林的燃烧效率为温带和北方林的燃烧效率0.09~0.12的估计范围(Aulair et al., 1993)。表 2是1980—1999年期间黑龙江省各森林类型的过火面积(金森，2002；金森等，2002)。

由公式(2)可知，森林燃烧损失的生物量为过火面积、平均地上生物量和生物量燃烧效率的乘积，根据已有的数据很容易得出黑龙江省各森林类型由于森林火灾而损失的生物量，如表 3所示。

从估算结果可以看出，自1980—1999年这20年期间，黑龙江省各森林类型由于森林火灾而损失的总的地上生物量大约是783 517.3~104 468.99 t，年均损失的地上生物量391 758.65~522 344.95 t。其中，以1987年损失的生物量最多，高达5 091 192~ 6 788 257 t，这主要是由1987年春季的大兴安岭特大森林大火造成的。黑龙江省森林生物量的消耗主要是由落叶松林、针阔混交林和阔叶混交林的森林火灾造成的，其中，以落叶松林消耗的森林地上生物量最大，年均损失的地上生物量为193 013.15~257 350.85 t，针阔混交林消耗的森林地上生物量次之，年均损失的地上生物量为91 212.6~121 616.8 t，阔叶混交林居第3，年均损失的地上生物量为82 950.65~110 600.85 t。而云杉林消耗的森林地上生物量相对较少，年均仅0.45~0.59 t。

2.2 森林火灾释放的主要含碳物计算

由公式(2)很容易得出黑龙江省各森林类型由于森林火灾而损失的生物量，设所有被烧掉的生物质中的C都变成气体, 根据森林生物量中含碳45%(田晓瑞等，2003)，可以计算森林火灾中C的总释放量：

多数情况下, 森林火灾所释放的总碳量中, 以CO₂形式排出的占90%(Crutzen et al., 1990)。因而，森林火灾直接释放的CO₂的量为：

最后根据森林火灾释放的某种含碳气体量与CO₂释放量的比值(排放比)来计算森林火灾中各种含碳气体的释放量。由CO₂和CO的标准化气体释放比率(Laursen et al., 1992; Yokelson et al., 1997)可以计算出CO与CO₂的比值为5.2/86.7，CH₄与CO₂的比值为2.1/86.7，NMHC与CO₂的比值为1.0/86.7。最终得出1980—1999年黑龙江省森林火灾直接释放的含碳气体量，如表 4所示。

由计算结果看出，1980—1999年黑龙江省森林火灾直接释放的碳量为3 525 827.85~4 701 104.55 t, 直接释放的CO₂、CO、CH₄、NMHC量分别为11 635 232~15 513 644.9、697 845.5~930 460.8、281 822.2~375 763和134 201.1~178 934.8 t。年均释放的碳量为176 291.39~235 055.23 t，年均释放的CO₂、CO、CH₄、NMHC量分别为581 761.6~775 682.25、34 892.275~46 523.04、14 091.11~18 788.15和6 500~9 000 t，其中，以1987年释放的CO₂最多，高达7 560 420.1~10 080 561.6 t。黑龙江省森林火灾直接释放的CO₂量主要是由落叶松林燃烧造成的(图 1)，落叶松林不仅拥有将近400万hm²的林地面积，其过火面积也达到年均31 891 hm²，导致其释放大量含碳气体。

3 结论与讨论 3.1 森林火灾消耗生物量

1980—1999年黑龙江省各森林类型由于森林火灾而消耗的森林地上生物量7 835 173~10 446 898 t, 年均消耗森林地上生物量391 758.65~522 344.95 t，占整个寒温带的10%~12%，占全国的6.4%~8.4%(田晓瑞等, 2003)。森林生物量的消耗主要是落叶松林森林火灾造成的, 年均193 013.15~257 350.85 t，占各类型森林总和的48%~50%。

3.2 森林火灾排放物

1980—1999年黑龙江省各森林类型森林火灾直接排放碳3 525 827.85~4 701 104.55 t, 年均176 291.39~235 055.23 t，约占全国年均森林火灾排放碳的8%(田晓瑞等, 2003)。平均每年因森林火灾释放CO₂、CO、CH₄和NMHC分别为581 761.6~775 682.25、34 892.275~46 523.04、14 091.11~18 788.15和6 500~9 000 t。

3.3 不同的森林类型森林火灾所释放的CO₂量差异研究

黑龙江省各森林类型所释放的CO₂量主要是由落叶松林、针阔混交林和阔叶混交林的森林火灾造成的，其中，以落叶松林释放的CO₂气体量最大，年均为286 624.53~382 166.01 t。针阔混交林年均135 450.711~180 600.948 t。阔叶混交林年均123 181.715 25~164 242.262 25 t。而云杉林释放的CO₂量最少，年均仅0.67~0.87 t。

3.4 森林火灾释放含碳气体量的影响因素

影响森林火灾释放含碳气体量的因素很多，有森林的类型、森林火灾的严重程度以及准确的含碳气体排放比(排放比在不同地区的火灾中存在着差异, 而且, 即使在同一次火灾时, 燃烧阶段不一样, 排放比也是不同的)等等。比如，黑龙江省各森林类型中，落叶松林燃烧释放的含碳气体量相对较大，针阔混交林释放的含碳气体量次之，而云杉林则较少。森林火灾面积与严重程度主要受天气条件的影响。